(57)【要約】【課題】燃料電池搭載車両における熱効率の向上を図る。【解決手段】反応ガスの供給を受けて電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタック１６と、該燃料電池スタック１６の発電電力を変換する電力変換器１７とがそれぞれ別々のケース２１，２２に覆われて車体１１のフロア１２の下に搭載された燃料電池搭載車両１０であって、車室３０内の空気を車室３０から電力変換器１７を覆うケース２２へと導入する導入路２３と、電力変換器１７を覆うケース２２に導入された空気を車室３０へと導出する導出路２４とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給を受けて電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、該燃料電池スタックの発電電力を変換する電力変換器とがそれぞれ別々のケースに覆われて車体のフロアの下に搭載された燃料電池搭載車両であって、
車室内の空気を当該車室から前記電力変換器を覆うケースへと導入する導入路と、前記  電力変換器を覆うケースに導入された空気を前記車室へと導出する導出路と、を備える  燃料電池搭載車両。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池搭載車両であって、
前記導出路はその途中で分岐し、複数個所に設けられた前記車室への吹き出し口のそれぞれに連通している燃料電池搭載車両。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池搭載車両であって、
前記導出路には、前記吹き出し口から前記車室内への送風量を個別に調整することが可能な切り替えドアが設けられている燃料電池搭載車両。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池搭載車両であって、
前記電力変換器を覆うケースと前記導出路との接続口にファンが設けられている燃料電池搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックを搭載した燃料電池搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー効率を維持しながら車室暖房システムに効率のよい暖房を行わせる燃料電池搭載車両として、例えば走行用モータに電力を供給する第１の燃料電池と、第１の燃料電池よりも小さい電力を出力し、車室暖房装置にこの出力電力を供給する第２の燃料電池と、第２の燃料電池内の熱を回収するための冷却液を循環させる冷却液循環経路とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような構成を備えた燃料電池搭載車両によれば、車室暖房システムに依存することなく走行用モータの要求電力に応じて、第１の燃料電池の効率運転を独自に行うことができ、かつ、第２の燃料電池の排熱を車室暖房システムで利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８８１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池搭載車両には、例えば車室内空間の確保等を目的として、燃料電池スタック、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換器を車両のフロアパネルの下方に取り付けたものがある。このような構成の車両においても、車両の床下に搭載されている燃料電池の廃熱だけでなく、電力変換器の廃熱をも車室内の暖房に利用することが可能になれば、熱効率の更なる向上を図ることができる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池搭載車両における熱効率の向上を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池搭載車両は、反応ガスの供給を受けて電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックと、該燃料電池スタックの発電電力を変換する電力変換器とがそれぞれ別々のケースに覆われて車体のフロアの下に搭載された燃料電池搭載車両であって、車室内の空気を当該車室から前記電力変換器を覆うケースへと導入する導入路と、前記電力変換器を覆うケースに導入された空気を前記車室へと導出する導出路と、を備えるものである。
このような構成では、車室内の空気が導入路を介して電力変換器を覆うケース（以下、電力変換器ケース）に導入されると、この電力変換器ケースに導入された空気が熱源である電力変換器と熱交換して暖められ、この暖められた空気が導出路を介して車室内に温風となって供給される。つまり、車室内の空気が車室、導入路、電力変換器ケース、導出路、及び車室をこの順に循環することにより、電力変換器の廃熱が車室内の暖房に有効利用される。
【０００８】
前記導出路はその途中で分岐し、複数個所に設けられた前記車室への吹き出し口のそれぞれに連通していてもよい。
このような構成によれば、電力変換器との熱交換によって暖められた空気を複数の吹き出し口から同時に車室内に温風として供給することが可能になり、暖房効率の向上ひいては熱効率の向上を図ることができる。
【０００９】
前記導出路には、前記吹き出し口から前記車室内への送風量を個別に調整することが可能な切り替えドアが設けられていてもよい。
このような構成によれば、電力交換器との熱交換によって暖められた空気をどの吹き出し口から温風として車室内に送風させるかという選択と、選択された吹き出し口からどの程度の風量の温風を車室内に送風させるかという選択とが、切り替えドアの開度調整により可能になる。切り替えドアは、全閉から全開まで段階的あるいは無段階に調整される。
【００１０】
前記電力変換器を覆うケースと前記導出路との接続口にファンが設けられている
このような構成によれば、ファンを駆動させることにより、強制的に車室内の空気を電力変換器ケース内に導入して暖め、温風として車室内に供給することが可能になる。また、車室内に戻す温風量の調整をファンの回転数制御によって実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力変換器の廃熱を車室内の暖房に利用することにより、燃料電池搭載車両における熱効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る燃料電池搭載車両の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明に係る燃料電池搭載車両の一実施形態を説明する。
図１に示すように、燃料電池搭載車両１０は、車体１１に設けられたシート１３の下部のフロア１２の下に収容部１４を有しており、この収容部１４内に、燃料電池スタック１６とコンバータ（電力変換器）１７とを収容している。
【００１４】
燃料電池スタック１６は、燃料ガスである水素ガス（反応ガス）と酸化ガスである空気（反応ガス）との電気化学反応により電力を発生するもので、例えば高分子電解質形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。
単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように配置された一対のセパレータを有する構造となっている。
そして、一方のセパレータの水素ガス流路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に空気が供給され、これらの反応ガスが電気化学反応することで電力が発生する。
【００１５】
コンバータ１７は、燃料電池スタック１６の発電電力を変換する装置であり、例えば、燃料電池スタック１６からの出力電圧を所定電圧まで昇圧して後述の駆動モータ２５に電力を供給する。
【００１６】
これら燃料電池スタック１６とコンバータ１７とは、電力ケーブル１９によって接続されている。そして、電力ケーブル１９の一端側と後述のスタックケース２１との接続部、および、電力ケーブル１９の他端側と後述のコンバータケース２２との接続部は、所定のシール構造にてシールされている。
【００１７】
燃料電池スタック１６は、スタックケース２１によって覆われており、また、コンバータ１７は、コンバータケース２２によって覆われている。これら燃料電池スタック１６を収納するスタックケース２１及びコンバータ１７を収納するコンバータケース２２は、例えば樹脂や金属等からなる複数の分割体をボルト等により相互に結合した構成となっており、分割体同士の接合箇所はＯリング等によってシールされている。
【００１８】
コンバータケース２２には、その車両搭載状態での上部に、例えば樹脂や金属からなるエア導入ダクト（導入路）２３の一端が接続されている。エア導入ダクト２３の他端は、フロア１２の例えばシート１３よりも車両進行方向前側に形成された吸い込み口５に接続されている。つまり、車室３０内とコンバータケース２２内とは、エア導入ダクト２３を介して相互に連通している。
【００１９】
エア導入ダクト２３は、車室３０からコンバータケース２２への異物混入を抑制するために、ダクト自体が重力（上下）方向に蛇行するように形成されていたり、ダクト内にラビリンス構造を備えた構成とされている。
【００２０】
コンバータケース２２には更に、例えば樹脂や金属からなるエア導出ダクト（導出路）２４の一端が接続されている。このエア導出ダクト２４の他端側は複数に分岐しており、分岐したそれぞれのダクトは、センターレジスタ、サイドレジスタ及びリヤレジスタ（以下、これらをレジスタ６と総称する場合がある。）、フロントデフロスタ及びサイドデフロスタ（以下、これらをデフロスタ７と総称する場合がある。）、並びに足元吹き出し口等の各吹き出し口に接続されている。
【００２１】
エア導出ダクト２４の各分岐部には、切り替えドア９が設けられている。この切り替えドア９の開度を、例えばエアコンユニットを制御する制御部からの制御信号によって段階的あるいは無段階に開閉制御することにより、センターレジスタ、サイドレジスタ及びリヤレジスタ、フロントデフロスタ及びサイドデフロスタ、並びに足元吹き出し口等の吹き出し口の中からユーザーが任意に選択した吹き出し口から任意量の温風を送風させることが可能となる。
【００２２】
コンバータケース２２とエア導入ダクト２３との接続口には、ファン８が設けられている。ファン８が例えば補機バッテリ等から電力の供給を受けて駆動すると、車室３０内の空気がコンバータケース２２内に強制的に導入され、導入された空気は熱源であるコンバータ１７と熱交換として暖められ、これが温風となってエア導出ダクト２４を介して所定の吹き出し口から車室３０内に送風される。
【００２３】
さらに、車体１１の前方に設けられたコンパートメント内には、駆動モータ２５及びインバータユニット２８が搭載されている。インバータユニット２８は、インバータケース２６内にインバータ２７及び該インバータ２７等を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）が収納されてなる。インバータ２７とコンバータ１７とは送電ケーブル３１によって接続され、駆動モータ２５とインバータ２７とは給電ケーブル３２によって接続されている。
【００２４】
送電ケーブル３１の一端側とコンバータケース２２との接続部、送電ケーブル３１の他端側とインバータケース２６との接続部、および、給電ケーブル３２の一端側とインバータケース２６との接続部は、所定のシール構造にてシールされている。
【００２５】
駆動モータ２５は、例えば三相交流モータであり、燃料電池搭載車両１０の主動力源を構成する。つまり、この駆動モータ２５の駆動力によって車体１１の車輪３３が回転駆動され、燃料電池搭載車両１０が走行する。インバータは、直流電流を三相交流に変換して駆動モータ２５に供給し、駆動モータ２５を駆動させる。
【００２６】
上記構成からなる燃料電池搭載車両１０では、ファン８を駆動させると、車室３０内の空気が、フロア１２に形成された吸い込み口５からエア導入ダクト２３を介してコンバータケース２２に導入される。すると、このコンバータケース２２に導入された空気が熱源であるコンバータ１７と熱交換して暖められ、この暖められた空気がエア導出ダクト２４を介して所定の吹き出し口（レジスタ６、デフロスタ７、足元吹き出し口）から車室３０内に温風となって供給される。
【００２７】
つまり、車室３０内の空気が車室３０、エア導入ダクト２３、コンバータケース２２、エア導出ダクト２４、及び車室３０をこの順に循環することにより、コンバータ１７の廃熱が車室３０内の暖房に有効利用される。このように、本実施形態によれば、コンバータ１７の廃熱を車室３０内の暖房に利用することにより、燃料電池搭載車両１０における熱効率の向上を図ることができる。
【００２８】
また、コンバータ１７との熱交換によって暖められた空気を複数の吹き出し口から同時に車室３０内に温風として供給することが可能になるので、暖房効率の向上ひいては熱効率の向上を図ることができる。
【００２９】
エア導出ダクト２４の分岐部には、各吹き出し口から車室３０内への送風量を個別に調整することが可能な切り替えドア９が設けられているので、コンバータ１７との熱交換によって暖められた空気をどの吹き出し口から車室３０内に送風させるかという選択と、選択された吹き出し口からどの程度の風量の温風を車室３０内に送風させるかという選択とが、切り替えドア９の開度調整により可能になり、使い勝手も向上する。
【００３０】
また、コンバータケース２２とエア導出ダクト２４との接続口にファン８が設けられているので、ファン８の回転数を制御することにより、車室３０内の空気を強制的かつ任意流量の車室内空気をコンバータケース２２内に導入して暖めることが可能になり、ユーザーの要望に応じた風量の温風を車室３０内に供給することが可能になる。
【００３１】
なお、上記実施形態では、車両が通常備えるエアコンユニットとは別個にエア導出ダクト２４、切り替えドア９、レジスタ６、デフロスタ７を設けた場合を例にとって説明したが、例えばエア導出ダクト２４を車両が通常備えるエアコンユニットに接続し、その接続部よりも下流側部分を当該エアコンユニットと共用化してもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００３２】
６…レジスタ（吹き出し口）、７…デフロスタ（吹き出し口）、８…ファン、９…切り替えドア、１０…燃料電池搭載車両、１２…フロア、１６…燃料電池スタック、１７…コンバータ（電力変換器）、２１…スタックケース（ケース）、２２…コンバータケース（ケース）、２３…エア導入ダクト（導入路）、２４…エア導出ダクト（導出路）、３０…車室。
【図１】
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【図２】
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